(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終線径が５．０ｍｍ〜２１．０ｍｍの条鋼線材を、圧延速度が１５ｍ／ｓｅｃ〜１１０ｍ／ｓｅｃの圧延条件で圧延する条鋼線材の製造方法において、
前記条鋼線材の表面温度が式（１）を満たすように、条鋼線材の表面温度を制御することとし、
前記条鋼線材の表面温度の制御にあたっては、条鋼線材の最終圧延を行う最終圧延機と当該最終圧延された条鋼線材を巻き取る巻き取り機との間に、条鋼線材を水冷する冷却手段を設け、前記冷却手段における流量配分を調整することで、式（１）を満たすように、条鋼線材の最終圧延を行う最終圧延機の入側温度の調整を行うことを特徴とする条鋼線材の製造方法。
【数１】
0005213497.tif 000008
【請求項２】
前記条鋼線材の温度が、式（２）を満たすように、条鋼線材の製造を行うことを特徴とする請求項１に記載の条鋼線材の製造方法。
【数２】
0005213497.tif 000009
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、条鋼線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビレットやブルーム等の鋼材を連続圧延して条鋼線材や棒鋼材を製造する熱間圧延装置は、上流側から、加熱炉、粗圧延機、仕上げ圧延機、ピンチロール、巻き取り機が順番に配設されている。鋼材は、加熱炉で加熱され、連続的に圧延を施された後、条鋼線材や棒鋼材となり、条鋼線材であれば巻き取り機でリング状に巻線される。各圧延機の近傍には、当該圧延機に導入される条鋼線材の温度を所定のものとするための冷却手段が設けられている。特に、最終の圧延機から巻き取り機までの間に配備される冷却手段の制御は、条鋼線材や棒鋼材の品質を決定する上でも重要なものである。
【０００３】
例えば、巻き取り後の条鋼線材の表面には、条鋼線材の冷却過程に起因して、度々、粒状の赤スケールが発生する。赤スケールとは、スケール最表層のヘマタイト（Fe2O3）がウィスカー状に成長したものである。このような赤スケールが発生しても製品の性質に影響を与えることはないものの、あるいは粉状であるため粉塵として大気中を漂って作業環境を悪化させるといった様々な問題が発生していた。
そこで、最終の圧延機から巻き取り機間での条鋼線材の冷却方法によって、赤スケールの発生を抑制しようとする技術が考えられている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
この特許文献１における条鋼線材の冷却方法では、条鋼線材を、最終水冷ゾーンの上流側の水冷ゾーンで強冷した後、この上流側の水冷ゾーンと最終水冷ゾーンとの間に設けられた復熱ゾーンで、該最終水冷ゾーンの入側における条鋼線材の最表層部の引張り応力が０以上であってかつ該上流側の水冷ゾーンの出側における条鋼線材の最表層部の引張り熱応力の１／２以下になるように復熱させると共に、復熱させた条鋼線材を最終水冷ゾーンで弱冷していた。
【特許文献１】特開平０８−１２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の条鋼線材の冷却方法では、条鋼線材を冷却（復熱）させるために、制御のファクターとして条鋼線材の最表層部の引張り熱応力が必要である。しかしながら、条鋼線材を圧延中に引張り熱応力を計測することは非常に困難であり、予め温度計算モデルを用いて引張り熱応力を決定したとしても、引張り熱応力は、条鋼線材の長手方向の温度分布や、圧延材の鋼種、水冷する冷却水の水温、ロール磨耗の線材表面への転写による冷却能力の変化等により変化し易いという問題があった。
したがって、特許文献１の技術を用いて赤スケールを確実に抑制することは難しく、条鋼線材の品質を一定に保つことは、困難であるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、所望とする条鋼線材の製品を得ることのできる条鋼線材の圧延製造ライン及び条鋼線材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明は、最終線径が５．０ｍｍ〜２１．０ｍｍの条鋼線材を、圧延速度が１５ｍ／ｓｅｃ〜１１０ｍ／ｓｅｃの圧延条件で圧延する条鋼線材の製造方法において、前記条鋼線材の表面温度が、式（１）を満たすように、条鋼線材を製造する点にある。
【０００８】
【数３】
0005213497.tif 000002
【０００９】
前記条鋼線材の表面温度の制御にあたっては、条鋼線材の最終圧延を行う最終圧延機と当該最終圧延された条鋼線材を巻き取る巻き取り機との間にて、前記条鋼線材を水冷する冷却手段を設け、式（１）を満たすように、前記冷却手段における流量配分を調整するこ
とが好ましい。
最も好ましくは、最終線径が５．０ｍｍ〜２１．０ｍｍの条鋼線材を、圧延速度が１５ｍ／ｓｅｃ〜１１０ｍ／ｓｅｃの圧延条件で圧延する条鋼線材の製造方法において、前記条鋼線材の表面温度が式（１）を満たすように、条鋼線材の表面温度を制御することとし、前記条鋼線材の表面温度の制御にあたっては、条鋼線材の最終圧延を行う最終圧延機と当該最終圧延された条鋼線材を巻き取る巻き取り機との間に、条鋼線材を水冷する冷却手段を設け、前記冷却手段における流量配分を調整することで、式（１）を満たすように、条鋼線材の最終圧延を行う最終圧延機の入側温度の調整を行うとよい。
【００１０】
前記条鋼線材の温度が、式（２）を満たすように、条鋼線材の製造を行うことが好ましい。
【００１１】
【数４】
0005213497.tif 000003
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所望とする条鋼線材の製品を得ることのできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の条鋼線材の製造方法を実施する条鋼線材の圧延製造ラインである。なお、本発明の条鋼線材の製造方法は、図１に示す条鋼線材の圧延製造ラインに限定されない。まず、圧延製造ライン１について説明する。
圧延製造ライン１は、圧延速度（線速）が１５ｍ／ｓｅｃ〜１１０ｍ／ｓｅｃとなる範囲で、最終線径が５．０ｍｍ〜２１．０ｍｍとなる条鋼線材２を製造するものである。
この圧延製造ライン１には、上流側から下流側に向けて順に、鋼材を加熱する加熱炉３、デスケーラ４、粗圧延機５、中間列圧延機６、仕上げ圧延機７、巻き取り機８が順番に配設されている。また、中間列圧延機６から巻き取り機８までの間には、条鋼線材２を冷却する複数の冷却手段９が配備され、巻き取り機８の出側から下流側には、巻き取った条鋼線材２を搬送するコンベアが設けられている。また、圧延製造ライン１は、加熱炉３、デスケーラ４、粗圧延機５、中間列圧延機６、仕上げ圧延機７、巻き取り機８及び冷却手段９を制御する制御装置１４を備えている。
【００１４】
仕上げ圧延機７は、２つの圧延機から構成され、中間列圧延機６の下流側に配置されたブロックミル１０（ＶＢＭ）と、このブロックミル１０よりも下流側に配置されたサイジングミル１１（ＲＳＭ）とを有したものとなっている。
ブロックミル１０の入側には、条鋼線材２の温度を計測するための温度計測手段１２が設けられている。サイジングミル１１の入側にも温度計測手段１３が設けられている。また、巻き取り機８の出側にも温度計測手段１６が設けられ、この温度計測手段１６によって、巻き取り後の条鋼線材２の表面温度、即ち、後述する載置温度を計測することができるようになっている。
【００１５】
これら温度計測手段１２，１３，１６は、放射温度計から構成されるとよい。温度計測手段１２,１３は、ブロックミル１０の出側、サイジングミル１１の出側、巻き取り機８の入側に設けられてもよい。
図１に示すように、中間列圧延機６、ブロックミル１０、サイジングミル１１及び巻き取り機８の各所の間には、条鋼線材２を冷却する３つの冷却手段９ａ，９ｂ,９ｃが上流から順に配備されている。
具体的には、中間列圧延機６とブロックミル１０との間には、第１冷却手段９ａが設けられ、ブロックミル１０とサイジングミル１１との間には、第２冷却手段９ｂが設けられ、サイジングミル１１と巻き取り機８との間には、第３冷却手段９ｃが設けられている。
【００１６】
各冷却手段９ａ，９ｂ,９ｃは、内部に複数の冷却ノズルが設けられた冷却帯を複数備えている。特に、第３冷却手段９ｃは４つの冷却帯１５ａ，１５ｂ,１５ｃ，１５ｄを備えたものとなっている。各冷却帯１５ａ〜１５ｄは所定の間隔をあけて移送方向に併設されている。
このような条鋼線材２の圧延製造ライン１において、条鋼線材２を製造するにあたっては、まず、圧延製造ライン１の上流側に配備された加熱炉３内に条鋼線材２の元となる鋼材を導入し、その後、デスケーラ４で鋼材の表面についたスケールを剥離させる。
【００１７】
デスケールした鋼材を粗圧延機５及び中間列圧延機６にて所定の大きさに圧延して条鋼線材２とし、その条鋼線材２を第１冷却手段９ａで冷却してブロックミル１０にて仕上げ圧延を開始する。ブロックミル１０で圧延した条鋼線材２は、第２冷却手段９ｂにより冷却され、サイジングミル１１にて最終圧延が行われる。最終圧延が行われた条鋼線材２は、第３冷却手段９ｃによって、冷却されて巻き取り機８でリング状に巻線され、コンベアによって下流側に搬送される。
上述したように、条鋼線材２は製造されることになるが、条鋼線材２を製造するにあたっては、条鋼線材２の品質を決定する上で、第３冷却手段９ｃから下流側以降における条鋼線材２の温度制御（管理）は非常に重要である。
【００１８】
そこで、本発明では、第３冷却手段９ｃよりも下流側において、条鋼線材２の表面温度が式（１）を満たすように、条鋼線材２の表面温度の制御を行っている。
【００１９】
【数５】
0005213497.tif 000004
【００２０】
以下、第３冷却手段９ｃから下流側に向けての条鋼線材２の温度制御について説明する。
図２は、初期温度１０５０℃（第３冷却手段９ｃの入側温度）、線径がφ７．５ｍｍ、線材速度（圧延速度）が９５ｍ／ｓｅｃである条鋼線材２を、第３冷却手段９ｃの冷却帯１５ａ〜１５ｄで冷却したときの、第３冷却手段９ｃの入側から巻き取り後（後述する載置温度）までの、条鋼線材２の表面温度、中心温度、平均温度のシミュレーション等の実験結果である。
【００２１】
詳しくは、図２において、ラインＮ１が条鋼線材２の表面温度を示し、ラインＮ２が条鋼線材２の平均温度を示し、ラインＮ３が条鋼線材２の中心温度を示している。
条鋼線材２の巻き取り後の表面温度とは、ラインＮ１上で巻き取り機８から１．５ｍ地点Ｐ１における条鋼線材２の表面温度Ｔ１であって、復熱完了後の温度である（表面温度Ｔ１を載置温度ということがある）。第３冷却手段９ｃによって冷却完了後から条鋼線材２の巻き取り後までの条鋼線材２の表面温度の温度差はΔＴ１で表す。
図２のラインＮ１に示すように、第３冷却手段９ｃにおいて、条鋼線材２を最上流の冷却帯１５ａ（以降、第１冷却帯１５ａということがある）に導入すると、条鋼線材２の表面温度は第１冷却帯１５ａの冷却ノズルの冷却水によって急激に下降する。その後、条鋼線材２の表面温度は、第１冷却帯１５ａと、この第１冷却帯１５ａに続く第２冷却帯１５ｂとの間で上昇する。
【００２２】
第１冷却帯１５ａと第２冷却帯１５ｂとの間の復熱領域においては、条鋼線材２の内部の熱によってその表面が温められるために復熱して表面温度が上昇する。一方で、第１冷却帯１５ａから第２冷却帯１５ｂに亘って、条鋼線材２の平均温度は、表面温度に比べ急激には下降せず、当該平均温度は中心温度と表面温度との間で推移する。
条鋼線材２の表面温度は、第３冷却手段９ｃの最下流の冷却帯１５ｄ（以降、第４冷却帯１５ｄということがある）から出た後は、条鋼線材２の表面温度は復熱により徐々に上昇し、復熱完了後の温度差は、上述した温度差ΔＴ１となる。
【００２３】
第３冷却手段９ｃによる冷却が完了した冷却完了後から条鋼線材２の巻き取り後までの間において、復熱により条鋼線材２の表面温度は温度差ΔＴ１だけ上昇することになるが、温度差ΔＴ１の上昇過程（復熱の過程）では、条鋼線材２の表面の熱膨張により、表層に熱応力（例えば、圧縮応力）が働くことが考えられる。
一方で、このシミュレーションに基づいて、実機にて条鋼線材２の圧延を行った場合、条鋼線材２の表面には赤スケールは発生していないことを目視にて確認した。
このようなことにより、冷却完了後の復熱によって生じる熱応力に起因して赤スケールが発生すると考えられる。即ち、特開平８−１２３２号公報に記載されているように、復熱過程における応力変化によって結晶同士間のスリップ現象の度合いが決まり、スリップ現象を抑制することによって赤スケールの発生を抑制することが可能なため、スリップ現象の元となる熱応力が赤スケールに起因していると言える。
【００２４】
そして、熱応力は復熱と関連性があることから、当該熱応力は、温度差ΔＴ１により近似できると推定できる。
即ち、第３冷却手段９ｃによる冷却が完了した冷却完了後から巻き取り完了までの温度差ΔＴ１に着目して、その温度を制御することによって、赤スケールの抑制ができると考えられる。温度差ΔＴ１は、式（１）に示すように、巻き取り後の条鋼線材２の表面温度と冷却中の条鋼線材２の最小温度とも表すことができる。
図３は、条鋼線材２の表面温度の温度差ΔＴ１と熱応力との関係をシミュレーション等の実験結果をまとめたものである。図３における「○」は赤スケールが発生しなかった場合を示し、図３における「●」は赤スケールが発生した場合を示している。赤スケールの有無の判断は目視によって行った。
【００２５】
図３の実験では、圧延製造ライン１の実機において冷却条件を変更して圧延を行い、温度計による実測データから温度差ΔＴ１を求めた。また、熱応力についてはコンピュータ等により温度シミュレーションから解析を行った。
図３に示すように、温度差ΔＴ１と熱応力の関係は１次式で表されており、計測可能な温度から、赤スケールの発生原因である熱応力と対応づけることが可能であることが分かる。また、ΔＴ１が１５０℃を越える領域で赤スケールが発生していることが分かる。
以上により、本発明では、赤スケールを防止するために、第３冷却手段９ｃの冷却完了後の温度（第４冷却帯１５ｄの出側の温度）と、条鋼線材２の巻き取り後の温度（巻き取り機８から１．５ｍ地点Ｐ１における条鋼線材２の表面温度Ｔ１）との温度差ΔＴ１が１５０℃以下となるように、冷却を行っている。言い換えれば、冷却完了後の温度［第４冷却帯１５ｄの出側の温度（最下流の冷却帯の出側の温度）］は、冷却中の条鋼温度の表面温度の最小値とも言えるため、式（１）を満たすように、条鋼線材２の冷却を行っている。
【００２６】
なお、一般的に載置温度の実績値と載置温度の目標値との誤差を解消するために、冷却手段９における流量などのフィードバック制御が実施されているが、温度差ΔＴ１の制御においては、このような制御を組み合わせることも可能である。
また、温度差ΔＴ１が１５０℃以下となるようにするために、第３冷却手段９ｃの各冷却帯１５毎の流量配分の調整を行ってもよいし、第３冷却手段９ｃよりも上流側の第１冷却手段９ａ又は第２冷却手段９ｂの冷却によって、サイジングミル１１（最終圧延機）の入側温度の調整を行ってもよい。さらには、温度差ΔＴ１が１５０℃以下となるように、圧延製造ライン１での圧延速度の調整を行ってもよい。
【００２７】
その他、第３冷却手段９ｃにおいて、予め赤スケールの発生しない流量配分（第１冷却帯１５ａ、第２冷却帯１５ｂ、第３冷却帯１５ｃ、第４冷却帯１５ｄの、それぞれの流量）を決定したテーブルを作成しておき、そのテーブルを初期設定して当該テーブルに基づいて圧延するようにしてもよい。なお、第３冷却手段９ｃの冷却完了後の温度（第４冷却帯１５ｄの出側の温度）は、第４冷却帯１５の出側に温度計測手段（放射温度計）を設置して実測してもよいし、圧延製造ライン１における圧延速度（線速）、条鋼線材２の熱伝達率、第１冷却手段９ａ〜第３冷却手段９ｃにおける冷却パターン、冷却水の温度等の様々な圧延条件から計算により推定してもよい。
【００２８】
表１は、条鋼線材２の温度差ΔＴ１が１５０℃以下となるように、実機にて実験を行った結果をまとめたものである。
【００２９】
【表１】
0005213497.tif 000005
【００３０】
実施例１〜実施例８及び比較例１〜比較例３では、条鋼線材２の温度差ΔＴ１の制御にあたって、第３冷却手段９ｃの各冷却帯１５ａ〜１５ｄ（第１冷却帯１５ａ、第２冷却帯１５ｂ、第３冷却帯１５ｃ、第４冷却帯１５ｄ）におけるそれぞれの流量を調整した。
実施例１〜実施例６に示すように、ΔＴ１≦１５０℃であれば、条鋼線材２の表面に赤スケールが発生することはなかった。一方で、比較例１〜比較例３に示すように、ΔＴ１≦１５０℃を満たさなければ、条鋼線材２の表面に赤スケールが発生した。
特に、実施例７及び比較例２に示すように、第１冷却帯１５ａと第２冷却帯１５ｂとの流量配分を同じにして、第３冷却帯１５ｃと第４冷却帯１５ｄとの流量配分を変更した場合、意図的に第４冷却帯１５ｄの流量を少なくすることによって、載置温度を変えずに赤スケールの発生を回避することができる。実施例８及び比較例３に示すように、第３冷却帯１５ｃと第４冷却帯１５ｄとの流量配分が実施例７及び比較例２と異なった場合でも、載置温度を変えずに赤スケールの発生を回避することができる。
【００３１】
実施例９及び比較例４では、条鋼線材２の温度差ΔＴ１の制御にあたって、第３冷却手段９ｃの各冷却帯１５毎の流量配分は一定として、第３冷却手段９ｃの入側温度を調整した。つまり、実施例９では、第３冷却手段９ｃの入側温度を比較例４に比べ低くなるように、第１冷却手段９ａや第２冷却手段９ｂにおける水量を可変して温度調整をした。
実施例９と比較例４とを比較すると、実施例９では、第３冷却手段９ｃの入側温度を比較例４よりも低く調整したので、両者の巻き取り温度が同じ値であっても、第３冷却帯１５ｃにおける水量は少ないものとした。その結果、実施例９では、条鋼線材２の温度差ΔＴ１を１９６℃から８１℃まで減少することができ、赤スケールを防止することができた。
【００３２】
実施例１０及び比較例５では、条鋼線材２の温度差ΔＴ１の制御にあたって、第３冷却手段９ｃの各冷却帯１５ａ〜１５ｄ毎の流量配分は一定として、条鋼線材２の線速（圧延速度）を調整した。実施例１０と比較例５とを比較すると、実施例１０では、条鋼線材２の温度差ΔＴ１が１５０℃以下となるように線速を低下させ、これにより、赤スケールを防止した。
以上により、本発明の条鋼線材の製造方法では、第３冷却手段９ｃにおける冷却完了後から巻き取り機８での巻き取り後までの温度差ΔＴ１が１５０℃以下であれば、赤スケールを防止することができる。
【００３３】
また、極低炭素鋼（ＥＬＣＨ）、即ち、[Ｃ]０．０３０質量％以下の条鋼線材２を製造するにあたっては、条鋼線材２の表面温度が、式（２）を満たすようにすることが好ましい。
【００３４】
【数６】
0005213497.tif 000006
【００３５】
表２は、載置温度と表面温度との温度差（ΔＴ）についてまとめたものである。
【００３６】
【表２】
0005213497.tif 000007
【００３７】
表２において、第３冷却手段９ｃにおいて、条件Ａは、４つの冷却帯１５ａ〜１５ｄで、その冷却水の合計流量が２４０ｔ／ｈｒとなうように冷却を行ったもので、条件Ｂは合計流量を２４０ｔ／ｈｒに固定して２つの冷却帯１５ａ，１５ｄにて冷却を行ったもので、条件Ｃは同様に合計流量を２４０ｔ／ｈｒに固定して１つの冷却帯１５ｄにて冷却を行ったものである。条件Ｅ〜条件Ｇは、冷却水の合計流量を３２０ｔ／ｈｒに増加して、条件Ａ〜条件Ｃと同じように、冷却帯の台数を変化させたものである。
各条件において第３冷却手段９ｃによって冷却を行った際の条鋼線材２の表面温度の変化は、図４〜図７に示すラインＮ１のようになった。
【００３８】
図４〜図７及び表２に示すように、載置温度と冷却完了後の温度との温度差ΔＴ１が２００℃以上で非常に高ければ、条鋼線材２における結晶粒粗大化が見受けられ、即ち、殆どがＦＧｃ４．０未満となった（表２、評価「×」）。また、また、温度差ΔＴ１が１００℃〜２００℃未満であれば、条鋼線材２における結晶粒粗大化が少し抑えられ、即ち、ＦＧｃ４．０未満となるものが約１０％含まれている程度であった（表２、評価「▲」）。
さらに、載置温度と冷却完了後の温度との温度差ΔＴ１を１００℃以下にする［式（２）］を満たすことによって結晶粒粗大化は見受けられず、すべてＦＧｃ４．０以上であってＦＧｃ４．０未満となるものがなかった（表２、評価「○」）。
【００３９】
以上、条鋼線材２の圧延製造ライン１を用いて、第３冷却手段９ｃによって最終圧延後の条鋼線材２を冷却する際には、式（１）を満たすことによって鋼種に関係なく赤スケールが防止でき、特に、極低炭素鋼の条鋼線材２を製造する場合には、式（１）に加えて式（２）を満たすことによってこれにより、赤スケールの抑制と、結晶粒粗大化との両方を同時に防止することができる。
なお、式（２）を満たすようにするためには、第３冷却手段９ｃの各冷却帯の流量配分の調整を行ってもよいし、第３冷却手段９ｃよりも上流側の第１冷却手段９ａ又は第２冷却手段９ｂの冷却によって、サイジングミル１１（最終圧延機）の入側温度の調整を行ってもよい。さらには、温度差ΔＴ１が１００℃以下となるように、圧延製造ライン１での圧延速度の調整を行ってもよい。その他、第３冷却手段９ｃにおいて、結晶粒粗大化が発生しない流量配分（第１冷却帯１５ａ、第２冷却帯１５ｂ、第３冷却帯１５ｃ、第４冷却帯１５ｄの、それぞれの流量）を決定したテーブルを作成しておき、そのテーブルを初期設定して当該テーブルに基づいて圧延するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】圧延製造ラインの模式図である。
【図２】第３冷却手段での条鋼線材の温度変化を示した図である。
【図３】条鋼線材の表面温度の温度差ΔＴ１と熱応力との関係を示した図である。
【図４】線径が２１ｍｍであるときの、条件Ａ〜Ｃにおける条鋼線材の温度変化を示した図である。
【図５】線型が１４ｍｍであるときの、条件Ａ〜Ｃにおける条鋼線材の温度変化を示した図である。
【図６】線径が２１ｍｍであるときの、条件Ｅ〜Ｇにおける条鋼線材の温度変化を示した図である。
【図７】線型が１４ｍｍであるときの、条件Ｅ〜Ｇにおける条鋼線材の温度変化を示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  圧延製造ライン
２  条鋼線材
８  巻き取り機
９  冷却手段
１１  サイジングミル（最終圧延機）
【図１】
0005213497.tif 000010
【図２】
0005213497.tif 000011
【図３】
0005213497.tif 000012
【図４】
0005213497.tif 000013
【図５】
0005213497.tif 000014
【図６】
0005213497.tif 000015
【図７】
0005213497.tif 000016